水资源开发工程

城市水循环技术及科技创新主讲人：马文成地点：B406课时：30学时1.水资源开发工程的任务是按一定可靠度要求从水源取水并将其送至给水处理厂或用户。2.我国研究历史：（1）远古人类逐水而居，主要利用地表水与泉水作为供水水源；（2）凿井取水：伯益作井（3）战国时期魏国：西门豹治邺引漳十二渠（4）秦朝：李冰父子四川都江堰（5）现代：水利枢纽：三门峡、葛洲坝、三峡水资源开发工程都江堰北京的水瓶子——密云水库葛洲坝水利枢纽三峡水利工程水资源开发利用方式的发展变化：（1）单一水源——多水源（2）技术：简易——复杂（3）耗费：低廉——昂贵（4）改造自然的程度：轻——重（5）伴随的环境、地质和社会问题：越来越多。水资源开发工程一、地表水利用工程分类及适用条件：1.河岸引水工程：无坝引水、有坝引水适用条件：引水量相对较小，河流水位和流量在年际与年内变幅不大。无坝引水：适用情况：小城镇供水或农业灌溉用水。优点：利用地势，通过进水闸自流引水。缺点：引水口一般距离引水地点较远，引水渠通常会遇到难工险段。主要工程：（1）进水闸：自流引水。作用是控制入渠流量。（2）冲沙闸：冲走淤积在进水闸前的泥沙（3）导流堤：导流引水、防沙。枯水期可以截断河流，保证引水。地表水利用工程2.蓄水工程——水库工程适用条件：河流水位和流量在年际与年内变化幅度很大。3.输水工程：输水渠道和输水管道工程适用情况：用水点和水源之间存在一定距离。水源集中而用水分散。4.扬水工程：取水泵站工程适用情况：水源从高程较低的地点输送到高程较高的地点。取水泵站工程：地表水取水构筑物地表水取水构筑物按构造型式可分为固定式取水构筑物、活动式取水构筑物和山区浅水河流取水构筑物三大类。构造型式取水点的位置结构类型进水管的型式取水泵型及泵房斗槽的类型坡道种类接头连接二、地表水取水位置的选择（一）影响地表水取水的主要因素：1取水河段的径流特征2河流的泥沙运动及河床演变取水河段的径流特征值（水位、流量、流速等）是确定取水构筑物设置位置、构筑物型式及结构尺寸的主要依据。了解取水河段泥沙运动状态和分布规律可以防止泥沙、漂浮物等对取水构筑物及管道造成淤积和危害，或河道变迁造成取水脱流，甚至导致取水工程报废。3河床与岸坡的岩性和稳定性河床与岸坡稳定性对取水构筑物的位置选择有重要的影响。坚硬的岩石河床不易被冲刷，不稳定的河段，一方面河流水力冲刷会引起河岸崩塌，导致取水构筑物倾覆和沿岸滑坡，另一方面，还可能出现河道淤塞、堵塞取水口等现象。取水构筑物的位置应选在河岸稳定、岩石露头、未风化的基岩上或地质条件较好的河床处。4河流的冰冻情况5河道中水工构筑物及天然障碍物（二）地表水取水位置的选择：（1）取水点应设在具有稳定河床、靠近主流和有足够水深的地段不同类型河段适宜的取水位置如下：①顺直河段取水点应选在主流靠近岸边、河床稳定、水深较大、流速较快的地段，通常也就是河流较窄处。②弯曲河段凹岸泥沙不易淤积，水质较好，且主流靠近河岸，是较好的取水地段。取水点应避开凹岸主流的顶冲点，在顶冲点下游15-20m。③游荡型河段结合河床、地形、地质特点，将取水口布置在主流线密集的河段上。必要时需进行河道整治以保证取水河段的稳定性。④有边滩、沙洲的河段一般应将取水点设在上游距沙洲500m以上远处。⑤有支流汇入的顺直河段取水口应离开支流入口处上下游有足够的距离，一般取水口多设在汇入口干流的上游河段上（二）地表水取水位置的选择：（2）取水点应尽量设在水质较好的地段①供生活用水的取水构筑物应设在城市和工业企业的上游，距离污水排放口上游100m以远，并应建立卫生防护地带。②取水点应避开河流中的回流区和死水区，以减少水中泥沙、漂浮物进入和堵塞取水口。③在沿海地区受潮汐影响的河流上设置取水构筑物时，应考虑到海水对河水水质的影响。（二）地表水取水位置的选择：（3）取水点应设在具有稳定的河床及岸边，有良好的工程地质条件的地段，并有较好的地形及施工条件（4）取水点应尽量靠近主要用水区（5）取水点应避开人工构筑物和天然障碍物的影响（6）取水点应尽可能不受泥沙、漂浮物、冰凌、冰絮、支流和咸潮等影响（7）取水点的位置应与河流的综合利用相适应，不妨碍航运和排洪，并符合河道、湖泊、水库整治规划的要求；（8）供生活饮用水的地表水取水构筑物的位置，应位于城镇和工业企业上游的清洁河段。取水建筑物的类型（一）固定式取水建筑物是各种类型的地表水取水构筑物中应用广泛的一种。分类：岸边式，河床式、斗槽式。主要缺点：当河水水位变化较大时，构筑物的高度需相应地增加，因而工程投资较高，水下工程量较大，施工期长，扩建困难。（二）活动式取水建筑物在水流不稳定，河势复杂的河流上取水，修建固定式取水建筑物往往需要进行耗资巨大的河道整治工程，修建取水口会影响航运等。因此，在此条件下修建活动式取水建筑物。取水建筑物直接从江河岸边渠水的构筑物。由进水间和泵房组成。适于江河岸边较陡，主流近岸，有足够水深，水质和地质条件好，水位变幅不大。按照集水井与泵房是否合建，分为合建和分建式。合建式岸边取水构筑物将集水井和泵房合建在一起。其特点是布置紧凑，总建筑面积小，吸水管路短，运行安全，维护方便；但土建结构复杂，施工较困难。适用于河岸坡度较陡、岸边水流较深且地质条件较好、水位变幅和流速较大的河流。在取水量大、安全性要求较高时，多采用此种型式。当河岸处地质条件较差，以及集水井与泵房不宜合建，宜采用分建式岸边取水构筑物，由于将集水井和泵房分开建造，泵房可离开岸边，建于地质条件较好处，因此可使土建结构简单，易于施工；但吸水管较长，增加了水头损失，维护管理不太方便，运行安全性较差。岸边式取水构筑物集水井：是取水设施，一般由进水间、格网和吸水间三部分组成，顶部设操作平台，安装格栅、格网、闸门等设备的起吊装置。进水间前壁设有进水孔，孔上设有格栅及闸门槽，格栅用来拦截水中粗大的漂浮物及鱼类等。进水间和吸水间用纵向隔墙分开，在分隔墙上可以设置平板格网，用以拦截水中细小的漂浮物。当采用旋转格网时，应在进水间和吸水间之间设置格网室。水流经过装有格栅的进水孔进入集水井的进水间，再经过格网进入吸水间，然后由水泵抽走。岸边式取水构筑物在河心设置进水孔，从河心取水的构筑物。适于河床稳定，河岸较平坦，枯水期主流离岸较远，岸边水深不够或水质不好，而河中又具有足够水深或较好水质。河床式取水构筑物，其取水设施包括取水头部、进水管和集水井和泵房。河水经取水头部上带有格栅的进水孔，沿进水管流入集水井的进水间，然后经格网进入集水井的吸水间，最后由水泵抽走。河床式取水构筑物河床式取水建筑物1、取水头部2、进水管3、集水井4、泵房a为合建式b为分建式。高位进水孔优点：（1）靠重力自流，工作可靠，（2）比单用自流管进水安全、可靠，可分层取水缺点：敷设自流管土方量大适用条件：河滩宽、河岸高、自流管埋深大或河岸为坚硬岩石及管道需穿越防洪堤。优点：（1）减少水下施工量和土方量（2）工期缩短，节约投资缺点（1）虹吸管必需严密（2）需真空管路系统（3）启动时间长运行不方便适用条件：取水量小、河中漂浮物少、水位变幅不大优点：泵房埋深小不设集水井，施工简单造价低。缺点：施工质量高、不能漏气泥沙粒径大时磨损水泵快漂浮物易堵塞取水头部和水泵适用条件：取水量大、岸坡较缓、岸边不易建泵房、河道含沙量高，水位变幅大，河床地质条件较好。、水位变幅不大缺点：基础埋设较深，施工复杂，造价高，维护管理不便，影响航运。•斗槽的类型按其水流补给的方向可分为顺流式斗槽、逆流式斗槽、侧坝进水逆流式斗槽和双向式斗槽，见图6—12。（1）顺流式斗槽：斗槽中水流方向与河流流向基本一致。顺流式斗槽适用于含沙量较高但冰凌不严重的河流。（2）逆流式斗槽：逆流式斗槽中水流方向与河流流向相反。适用于冰凌情况严重、含沙量较少的河流。（3）侧坝进水逆流式斗槽：在逆流式斗槽渠道的进口端建两个斜向的堤坝，伸向河心。适用于含沙量较高的河流。(4）双向式斗槽：是顺流式和逆流式的组合，兼有二者的特点，如图6—12（d）所示。这种型式的斗槽适用于冰凌严重且泥沙含量高的河流。3.斗槽的型式斗槽式取水建筑物在固定式取水构筑物中，一般包括集水井和泵房、取水头部和进水管等。1．集水井（1）集水井平台：应设置便于操作的闸阀启闭设备和格栅、格网起吊设备；必要时还应设清除泥沙的设施。（2）进水间：通常用隔墙分成可独立工作的若干分格，不少于两格。（3）进水孔：取水构筑物的进水孔应设置格栅，栅条间净距应根据取水量大小、冰絮和漂浮物等情况确定。2．取水泵房又称一级泵房，常常建得较深，以保证枯水位时水泵能吸水，而洪水位时不被淹没。泵房内除水泵机组外，还有变配电、控制、采暖通风、起重、排水等附属设备，泵房平面有圆形、矩形、椭圆形等。3．取水头部和进水管①管式取水头部管式取水头部是一个设有格栅的金属喇叭管，安装在虹吸管、自流管或水泵吸水管上。②蘑菇式取水头部蘑菇式取水头部是一个垂直向上的喇叭管，上面加一金属帽盖。③鱼形罩式取水头部鱼形罩式取水头部是由钢板卷焊、两端带有圆锥体的圆筒，圆筒表面和背水的圆锥体表面上开设圆形进水孔。④箱式取水头部由钢筋混凝土箱和设在箱内的金属管组成，箱的侧面或顶部开设进水口，进水口上设格栅。⑤活动式取水头部4．进水管进水管有自流管和虹吸管两种。(1)自流管自流管一般采用钢管、铸铁管或钢筋混凝土管。自流管管顶应在河床冲刷深度以下0.25～0.3m，不易冲刷的河床，管顶最小埋深应在河床以下0.5m。（2）虹吸管虹吸管宜采用钢管，以保证密封不漏气。虹吸管的进水端在设计最低水位下的淹没深度应不小于1.0m，出水端应伸入集水井最低动水位以下1.0m。当修建固定式取水构筑物有困难时，可采用活动式取水构筑物。例如，在水流不稳定，河势复杂的河流上取水，修建固定式取水构筑物往往需要进行耗资巨大的河道整治工程，对于中小型水厂建设常带来困难。活动式取水构筑物